Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Рогалева.doc
Скачиваний:
228
Добавлен:
25.03.2015
Размер:
9.53 Mб
Скачать

Концентрационные гальванические элементы

Поскольку электродный потенциал металла зависит от концентрации ионов металлов в растворе, можно составить концентрационные гальванические элементы.

При этом пластина металла, погруженного в более разбавленный раствор соли, будет обладать более низким потенциалом и выполнять роль анода. Пластина, погруженная в более концентрированный раствор, выступает в роли катода.

Например: рассчитать ЭДС концентрационного гальванического элемента:

A(-) Ni / NiCl2 // NiCl2 / Ni K(+)

0,00001М 1М

Рассчитаем потенциал никелевой пластины, погруженной в 0,00001М раствор хлорида никеля по уравнению Нернста:

eNi/Ni2+ = e◦ + ∙ lg [ Ni2+ ] = - 0,25 + ∙lg10-5 =

-0,25 +0,029∙(-5) = -0,25+(-0,145) = -0,395B = -0,39B.

Потенциал никелевой пластины, погруженной в 1М раствор соли, равен стандартному электродному потенциалу никеля.

Следовательно ЭДС = ек –еа = -0,85 – (-0,39) = 0,14В.

Процессы, протекающие на электродах,

A(-) Ni – 2e Ni2+

K(+) Ni2+ + 2e Ni0.

6.3. Аккумуляторы

Аккумуляторы относятся к вторичным источникам электрической энергии, работоспособность которых после разряда может быть восстановлена, т.е. в аккумуляторах используется обратимость токообразующей окислительно-восстановительной реакции.

Например, схема свинцового кислотного аккумулятора имеет вид

Рb / Н2SO4 / PbO2.

Раствор H2SO4 имеет концентрацию 33-40% (плотность 1,25…1,30). Токообразующая реакция выражается уравнением

Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 +2H2O,

которое получили суммированием катодного и анодного процессов в режимах «разряд» и «заряд». В режиме «разряд» аккумулятор работает как гальванический элемент.

А(-) Pb + HSO - 2е PbSO4 + H+

K(+) PbO2 + HSO+ 3H++ 2е PbSO4 +2H2O.

В режиме «заряд» под действием внешнего источника тока обеспечивается обратное разряду направление перемещения электронов. На катоде

PbSO4 +H+ + 2e Pb + HSO(восстановление).

Значит электрод Pb / PbSO4 выполняет при зарядке функцию катода, а электрод PbSO4 / PbO2 – функцию анода:

PbSO4 + 2H2O PbO2 + HSO + 3H+ + 2e (окисление).

ЭДС свинцового аккумулятора составляет 2В. Т.к. в электродных процессах участвует серная кислота, то Э.Д.С. существенно зависит от концентрации кислоты в растворе. При разрядке H2SO4 расходуется, поэтому о степени разряда аккумулятора судят по концентрации электролита, измеряя его плотность.

Кроме кислотных аккумуляторов, используются и щелочные аккумуляторы, но они имеют малую ЭДС (1,3…1,4В). Основное их преимущество в лучшей сохранности в перерывах, в работе и большем сроке службы. Они используются для питания электрокаров, погрузчиков, различных электровозов.

Большинство аккумуляторов допускает проведение большого числа циклов «заряд-разряд», т.к. в режиме «заряд» в аккумуляторе (в виде химической энергии) накапливается энергия внешнего источника, в режиме «разряд» они возвращаются потребителю.

6.4. Электролиз

Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита. Во время электролиза положительно заряженные ионы перемещаются к катоду, который соединяется с отрицательным полюсом внешнего источника постоянного тока, а отрицательно заряженные ионы перемещаются к аноду, который соединяется с положительным полюсом источника постоянного тока. На поверхности катода идет процесс восстановления, на аноде – окисления.